四足机器人具有较强的承载能力、机动性和适应特殊地形的能力,在许多行业有着广泛的应用前景。本文以仿马四足机器人的机构和步态为研究对象,分析和制作了六自由度小型仿马四足机器人,建立了四足机器人一般步态的时间顺序分析模型和对称步态变换模型,然后利用庞加莱映射研究了四足机器人和关节型腿机构的被动跳跃步态,对四足机器人从步行到跳跃开展了基础研究。本文首先参考马的结构设计了一种四足机器人的结构模型,然后对该模型进行了运动学和动力学分析,得到了四足机器人机体和各关节间的运动关系以及系统的拉格朗日方程。然后根据步行仿真和移动效率的仿真,设定了四足机器人的结构参数,制作了实验用小型四足机器人系统。其次,基于四足动物腿部动作的时间顺序,提出了采用五个参数来描述四足机器人一般步态分析的时间序列,经过归一化处理,建立了一个步态周期内的常用对称步态和非对称步态的时间顺序模型。基于该模型建立了对称步态变换的分析模型,证明了在等速等占空系数以及等速等步态周期的对称步态之间需要一个变换步态。实验结果表明四足机器人能够实现稳定的步态变换行走。接着,采用拉格朗日法推导了四足机器人被动跳跃步态中各运动相的动力学方程,并根据跳跃步态特征给出了基于事件的运动相转换方程。利用被动跳跃步态周期性特点,合理降维定义了四足机器人被动跳跃步态的庞加莱映射,运用牛顿迭代法获得了庞加莱映射的某个固定点。此固定点作为初始条件对各运动相动力学方程进行了数值积分,得到了被动跳跃步态的周期性运动曲线,证明了四足机器人在某个初始条件下能够实现稳定的被动跳跃步态。然后,针对隔离地面冲击的需要设计一种由连杆和线性拉伸弹簧组成的关节型腿机构,利用最小二乘法将该被动缓冲型腿机构的等效刚度表示为由三次非线性刚度和线性刚度组成的分段非线性刚度。建立了缓冲过程的力学模型,通过数值计算,在并联最优阻尼比的情况下,该腿机构能够获得很小的缓冲系数。最后,采用相同的方法得到了关节型腿机构等效质量弹簧倒立摆被动跳跃步态的周期性运动曲线,证明了该腿机构在某个初始条件下能够实现稳定的被动跳跃步态。